Proposta de métodos e arquiteturas IoT para ambientes de vida melhorados
2. Avaliação da qualidade do ar interior com recurso a um sistema de monitorização de CO 2 baseado na Internet das
Coisas
O método proposto apresenta uma arquitetura IoT para monitorização de CO2 em tempo real para ambientes de vida melhorados. De forma a desenvolver um método de baixo custo, apenas um parâmetro da qualidade do ar interior é monitorizado. O CO2 foi selecionado, pois é fácil de medir e pode ser usado como um indicador de outros poluentes e, portanto, da qualidade do ar em geral.
A arquitetura proposta é composta por um modulo de aquisição de dados e software para Web e móvel para consulta de dados. Esta arquitetura é baseada em tecnologias de código aberto com várias vantagens em comparação aos sistemas existentes, como modularidade, escalabilidade, baixo custo e fácil instalação. Os dados recolhidos são armazenados numa base de dados. O módulo de aquisição de dados incorpora um microcontrolador ESP8266 com tecnologia de comunicação Wi-Fi integrada como unidade de comunicação e processamento e um sensor de CO2 como unidade de sensorial. O método proposto incorpora ligação à rede de Internet sem fios usando o módulo ESP8266 que implementa o protocolo de rede IEEE 802.11 b/g/n.
Diversos estudos associam concentrações elevadas de CO2 com défice de desempenho no trabalho e aumento de sintomas e problemas de saúde. Os níveis excessivos de CO2 em ambientes interiores é um problema conhecido e estudado há vários anos [61]–[65]. Existe uma correlação evidente entre níveis elevados de CO2 e altas concentrações de outros poluentes em ambientes interiores [66]. Assim sendo, é necessário um método eficaz para monitorizar o CO2
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e fornecer notificações em tempo real para melhorar a saúde ocupacional e proporcionar um ambiente de vida seguro e saudável.
Através da implementação de monitorização em tempo real e disponibilidade de dados com recurso a ferramentas avançadas é possível detetar e interferir de forma assertiva em situações de risco para ambientes de vida melhorados. Desta forma o método proposto é uma ferramenta útil para a criação de ambientes de vida melhorados e de cidades inteligentes. Os benefícios para a saúde, conforto e produtividade associados a boas condições de qualidade do ar podem ser atingidos através da diminuição da concentração de poluentes enquanto a ventilação permanece inalterada [67].
Considerando o impacto das condições ambiente na saúde é proposto um método confiável e de baixo custo que pode ser facilmente configurado e instalado para ambientes de vida melhorados. Os dados recolhidos são armazenados numa base de dados SQL SERVER com recurso a serviços Web .NET. A Framework Web e os serviços Web .NET estão instalados na mesma instância do Windows Server. Os Serviços Web .NET são usados para transmissão dos dados recolhidos e para partilha de dados com a aplicação móvel. A Framework Web está diretamente conectada à base de dados usando autenticação SQL Server.
A arquitetura proposta incorpora um software móvel que permite não só a consulta dos últimos dados recolhidos e receber notificações em tempo real, mas também configurar os níveis de CO2 para o envio de alertas. O acesso aos dados requer autenticação. Esta aplicação móvel fornece não apenas acesso fácil aos dados da qualidade do ar em tempo real, mas também permite o acesso ao histórico e gráficos para visualização. O método proposto permite uma análise precisa e detalhada do comportamento da qualidade do ar. O software Web permite também ter uma referência geográfica do local onde os dados foram recolhidos.
Os resultados mostram que, sob certas condições, os valores de qualidade do ar são significativamente menores do que aqueles considerados saudáveis. Os testes realizados revelam a capacidade do sistema de analisar a qualidade do ar em tempo real, o potencial de planear intervenções para garantir condições seguras, saudáveis e confortáveis, mas também identificar múltiplas situações ou hábitos que afetam negativamente a qualidade do ar. Este método incorpora tecnologias de comunicação sem fios e computação móvel que fornecem o acesso fácil e rápido aos dados recolhidos, mas permite também uma análise precisa da evolução temporal da qualidade do ar interior. Assim, o método proposto é uma ferramenta poderosa para apoiar a tomada de decisões sobre possíveis intervenções para ambientes de vida melhorados.
Numerosas evidências científicas mostram que o CO2 é o gás de efeito estufa mais relevante para o clima na atmosfera da Terra. Altas concentrações de CO2 no ambiente exterior levam
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naturalmente a maiores concentrações em ambientes interiores devido à contribuição de fontes internas (metabolismo humano e equipamento de combustão) [68],[69]. É necessário controlar a concentração de CO2 de maneira efetiva, o que exige uma monitorização em tempo-real. O método proposto incorpora um sistema de gestão de alertas que envia notificações quando o ambiente interior apresenta deficiências. Com base nos valores da literatura, os valores máximos e mínimos da concentração CO2 são pré-definidos pelo sistema. Contudo, a arquitetura proposta permite que esses valores sejam modificados para fins específicos. Quando um valor excede o limite definido, o utilizador é notificado em tempo real por e-mail, SMS ou notificação remota via smartphone. Os resultados permitem aferir que as notificações remotas oferecem várias vantagens quando o objetivo é conseguir mudanças efetivas para ambientes de vida melhorados. Por um lado, as mensagens de notificação promovem mudanças de comportamento. As mensagens de notificação permitem uma ação em tempo útil para a melhoria da saúde ocupacional. Por outro lado, os alertas em tempo real permitem a identificação de padrões de situações de qualidade ambiente deficiente e o planeamento de intervenções para ambientes de vida melhorados.
Quando comparado com outros sistemas o método proposto apresenta várias vantagens tais como a facilidade de instalação e configuração, mas também devido à reduzida dimensão do módulo de aquisição de dados (5,5 cm × 2,5 cm × 2,5 cm de profundidade). Os dados recolhidos podem ser partilhados com equipas médicas para suporte ao diagnóstico. Tendo em conta a importância da qualidade do ar interior para a saúde dos ocupantes, mas também o tempo que é ocupado em ambientes interiores é necessário monitorizar os níveis de CO2 com vista à mudança de hábitos para ambientes de vida melhorados. Este sistema faz uma contribuição significativa em comparação com os sistemas existentes de monitorização da qualidade do ar devido ao seu baixo custo de construção, instalação, modularidade, escalabilidade e fácil acesso a dados em tempo real através da Framework Web e móvel.